Neuronal differentiation of induced pluripotent stem cells (iPSC) from patients with multiple system atrophy (MSA) for multi-omics analyses
In dieser Doktorarbeit mit dem Titel "Neuronale Differenzierung von induzierten pluripotenten Stammzellen (iPSC) von Patienten mit Multipler Systematrophie (MSA) für Multi-Omics-Analysen" von Lisa Maria Henkel wurden iPSC-Linien von Patienten mit der parkinsonischen Unterform der MSA (MSA-P) etabliert und zu GABAergen striatalen medium spiny Neuronen (MSNs) differenziert. Diese Neuronen von MSA-P Patienten wurden verwendet, um ihre Funktion, Expression und α-Synuclein-Charakteristika mit MSNs von gesunden Kontrollpersonen zu vergleichen, sowie für Multi-omics-Analysen, die von der Gruppe von Hilal Lashuel in Lausanne und Jörg Tost in Paris durchgeführt wurden, um die Pathomechanismen der Krankheit weiter zu untersuchen.
MSA-P ist eine seltene neurodegenerative Erkrankung mit sporadischem Auftreten und fatalem Verlauf. Es ist nicht bekannt, ob es sich bei MSA-P um eine primäre Oligodendropathie handelt oder ob sie durch eine neuronale Pathophysiologie verursacht wird, die zu einer schweren, α-Synuclein-assoziierten Neurodegeneration, insbesondere im Striatum, führt. Daher wurden iPSCs von Patienten mit der klinischen Diagnose einer wahrscheinlichen MSA-P (n = 3) und von drei alters- und geschlechts-passenden gesunden Kontrollpersonen hergestellt und in MSNs differenziert. Es wurde eine signifikant erhöhte Freisetzung sowie ein erhöhtes Vorkommen von α-Synuclein im extranuklearen Bereich der MSNs von MSA-P-Patienten im Vergleich zu den gesunden Kontrollen beobachtet. Funktionsanalysen mittels Patch-Clamp-Ableitungen und Kalzium-Bildgebung zeigten eine Hypoerregbarkeit in den MSNs der Patienten.
Die im Rahmen dieser Doktorarbeit gewonnenen Daten deuten darauf hin, dass die hypoerregbaren striatalen Neuronen von MSA-P-Patienten zu einer pathologischen α-Synuclein-Belastung beitragen, die sich wahrscheinlich auf benachbarte Zellen und Projektionsziele ausbreitet und so die Progression der Krankheit fördert.
In this thesis, titled “Neuronal differentiation of induced pluripotent stem cells (iPSC) from patients with multiple system atrophy (MSA) for multi-omics analyses” by Lisa Maria Henkel, induced pluripotent stem cell lines from patients with MSA of the parkinsonian subtype (MSA-P) were established and differentiated into GABAergic striatal medium spiny neurons (MSNs). These MSA-P patient derived neurons were used to compare their function, marker expression and α-synuclein characteristics to MSNs derived from healthy control subjects as well as for multi-omics analyses executed by the group of Hilal Lashuel in Lausanne and Jörg Tost in Paris to further investigate the pathomechanisms of the disease.
MSA-P is a rare neurodegenerative disease with sporadic onset and fatal pathogenesis. It is still unknown if MSA-P is a primary oligodendropathy or caused by neuronal pathophysiology leading to severe, α-synuclein-associated neurodegeneration, mainly in the striatum. Therefore iPSCs from patients with the clinical diagnosis of probable MSA-P (n = 3) and from three matched healthy controls were established and differentiated into MSNs. A significantly elevated release and increased occurrence of α-synuclein was observed in the extra-nuclear area of MSNs derived from MSA-P patients compared to healthy controls. Functional analyses using whole-cell patch-clamp recordings and calcium imaging revealed hypoexcitability in the patient derived MSNs.
The data obtained during this PhD thesis suggest that the striatal hypoexcitable neurons of MSA-P patients contribute to a pathological α-synuclein burden, which is likely to spread to neighboring cells and projection targets, facilitating disease progression.
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